JP6466641B2

JP6466641B2 - 流体加熱装置

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Publication number: JP6466641B2
Application number: JP2014023037A
Authority: JP
Inventors: 外村　徹; 徹外村; 泰広藤本
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: JP2015083913A

Description

本発明は、流体加熱装置に関するものである。

流体加熱装置としては、特許文献１に示すように、中空導体管を通電加熱して、当該導体管の内部を流れる流体を加熱して加熱流体を生成するものがある。この流体加熱装置では、導体管の両端部に設けた電極から交流電圧が印加されて、導体管の側壁に交流電流が流れることにより、導体管の内部抵抗により発生するジュール熱によって導体管が自己発熱する。この導体管の自己発熱によって、当該導体管を流れる流体が加熱される。

しかしながら、導体管の両端部に交流電圧を印加するものでは、導体管が有するインピーダンスによって電圧降下が生じ、当該導体管に交流電圧を印加する回路の力率が低下するという問題がある。

特開２０１１−８６４４３号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、内部に流体が流れる導体管を通電加熱する流体加熱装置において、回路力率を改善して設備効率を向上させることをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る流体加熱装置は、内部に流体が流れる導体管に交流電圧を印加して通電加熱し、前記導体管内を流れる流体を加熱する流体加熱装置であって、２Ｎ本（Ｎは１以上の整数である。）の前記導体管が互いに平行となるように配置されており、前記２Ｎ本の導体管の一端部が互いに電気的に接続され、前記２Ｎ本の導体管の他端部において、互いに隣接する他端部に接続される単相交流電源の極性が異なるように、単相交流電源のＵ相及びＶ相が交互に接続されていることを特徴とする。

このようなものであれば、互いに隣接する導体管に流れる電流が互いに逆向きとなるので、それぞれの電流により発生する磁束が打ち消し合い、導体管に発生するインピーダンスが低減されて回路力率を改善することができる。したがって、流体加熱装置の設備効率を向上させることができる。

前記２Ｎ本の導体管の一端部に接続されるとともに、前記２Ｎ本の導体管に前記流体を分流させる導電性を有する分流管を有しており、当該分流管により前記２Ｎ本の導体管が電気的に接続されていることが望ましい。これならば、分流管から２Ｎ本の導体管に流体を流すことによって、流体流入口の数を２Ｎ個よりも少なくすることができ、配管構成を簡略化することができる。また、分流管が導電性を有することから、配管構成の簡略化とともに、電気的な接続も実現することができる。特に配管構成を簡略化するためには、２Ｎ本の導体管の一端部に、２Ｎ本に分岐した単一の分流管を接続することが望ましい。

また本発明に係る流体加熱装置は、内部に流体が流れる導体管に交流電圧を印加して通電加熱し、前記導体管内を流れる流体を加熱する流体加熱装置であって、３Ｎ本（Ｎは１以上の整数である。）の前記導体管が互いに平行となるように配置されており、前記３Ｎ本の導体管の一端部が互いに電気的に接続され、前記３Ｎ本の導体管の他端部において、連続して並ぶ３つの他端部に接続される三相交流電源の極性がそれぞれ異なるように、三相交流電源のＵ相、Ｖ相及びＷ相が交互に接続されていることを特徴とする。

このようなものであれば、連続して並ぶ３つの他端部に接続される三相交流電源の極性がそれぞれ異なるように三相交流電源のＵ相、Ｖ相及びＷ相が接続されているので、連続して並ぶ３つの導体管に流れる電流により発生する磁束が打ち消し合い導体管に発生するインピーダンスが低減されて回路力率を改善することができる。したがって、流体加熱装置の設備効率を向上させることができる。

前記３Ｎ本の導体管の一端部に接続されるとともに、前記３Ｎ本の導体管に前記流体を分流させる導電性を有する分流管を有しており、当該分流管により前記３Ｎ本の導体管が電気的に接続されていることが望ましい。これならば、分流管から３Ｎ本の導体管に流体を流すことによって、流体流入口の数を３Ｎ個よりも少なくすることができ、配管構成を簡略化することができる。また、分流管が導電性を有することから、配管構成の簡略化とともに、電気的な接続も実現することができる。特に配管構成を簡略化するためには、３Ｎ本の導体管の一端部に、３Ｎ本に分岐した単一の分流管を接続することが望ましい。

１つの熱源で加熱された流体は、１箇所から集中的に排出されることが一般的であるが、加熱された流体を利用する場合は分散させることが多い。しかも、加熱された流体は、温度低下しないように、保温するか若しくはさらに加熱することがある。このため、前記導体管の他端部が閉塞されるとともに、前記導体管の途中に複数の流体噴出口が形成されており、前記流体噴出口から前記流体が噴出されるように構成されていることが望ましい。

また、前記導体管が、加熱された流体を収容するための収容容器等の収容室、又は、加熱された流体により被処理物を処理するための処理容器等の処理室内に挿入して設けられていることが望ましい。これならば、加熱された流体を収容室に収容させることで保温又は加熱することができる。また、処理室内で被処理物を処理することができる。このとき、前記導体管に接続される単相交流電源又は三相交流電源が、前記収容室又は前記処理室とは別の空間に設けられていることが望ましい。本発明では、導体管が過熱蒸気発生部として機能するため、導体管を保温室又は処理室に挿入して設け、保温室又は処理室の外部に設けられた単相交流電源又は三相交流電源により電力を供給すれば良く、配管構成を簡略化することができるとともに、熱効率を向上させることができ、省エネにも大きく貢献することができる。また、保温室又は処理室と単相交流電源又は三相交流電源が設置された空間（例えば電源室）とを電気配線で接続すればよく、流体加熱装置の全体構成を簡略化することができるとともに、単相交流電源又は三相交流電源が導電管からの熱影響を受けることもない。

前記導体管の他端部に接続される電極が、前記導体管の外側周面に沿った形状であることが望ましい。これならば、導体管が、保温室又は処理室の側壁等の囲繞壁から挿入して設けられるものの場合に、導体管を前記保温室又は処理室の側壁等の囲繞壁に取り付ける際又は取り外す際に電極が邪魔にならない。

前記導体管が円管状をなすものであり、前記電極が部分円筒形状をなすものであることが望ましい。これならば、流体と導体管との接触面積を可及的に大きくして加熱効率を向上させることができる。また、電極が部分円筒形状をなすものであり、導体管を前記保温室又は処理室の側壁等の囲繞壁に取り付ける際又は取り外す際に電極が邪魔にならない。

前記導体管の途中に１又は複数の流体噴出ノズルが設けられており、前記流体噴出ノズルから前記流体が噴出されるように構成されていることが望ましい。これならば、導体管に流体噴出ノズルを設けることによって、加熱された流体を当該流体噴出ノズルにより定められる所定の噴射範囲に噴出することができる。ここで、導体管に設けられる流体噴出ノズルは、用途に応じて選択される。

前記導体管が、円管状をなすものであり、前記導体管の途中に複数の流体噴出ノズルが設けられており、前記導体管の他端部に接続される電極が、前記導体管と同材質かつ中実材料であって、電極幅寸法が前記導体管の直径以下であり、前記導体管の延長線上に配置された直線状をなすものであることが望ましい。

前記導体管に印加される交流電圧を検出する電圧検出部と、前記導体管に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電圧検出部により得られる電圧値及び前記電流検出部から得られる電流値により得られるインピーダンスと前記導体管の温度との関係から、前記導体管の温度を算出する温度検出機構とを備えることが望ましい。
金属の固有抵抗は、概ね絶対温度に比例した特性を示すが、実際には金属種毎に固有の変化特性を示す。予め導体管のインピーダンスと温度との関係を計測しておけば、インピーダンスによって導体管の温度を検出することができる。これにより、導体管の温度を計測する温度センサを不要にすることができる。

流体加熱装置の電源回路が、前記導体管に流れる電流又は電圧を制御する制御素子を有し、当該制御素子が通電角を変化させるものである場合、通電角が変わると電流波形及び電圧波形の歪率も変化するので、実効値を検出した電圧／電流によるインピーダンス算出値と温度との関係に誤差が発生する。このため、通電角に伴うインピーダンスの変化を補正しなければならない。
制御素子がサイリスタであり、検証したＳＵＳ３０４製の導体管（外径Φｏ、内径Φｉ、長さＬ、本数Ｎ）の場合は、電圧変動と波形歪による実効値変化による影響を補正した補正インピーダンスＺは、下記となる。
Ｚ＝ａ×Ｚ_ｘ
ここで、Ｃ＝Ｖ／Ｖ_ｉｎとすると、
ａ＝ａ_ｎＣ^ｎ＋ａ_ｎ−１Ｃ^ｎ−１＋ａ_ｎ−２Ｃ^ｎ−２＋，・・・，＋ａ_２Ｃ^２＋ａ_１Ｃ＋ａ_０
ａ_ｎは各導体管により定まる実測値に基づく係数であり、ａ_０は定数である。また、Ｚ_ｘは、補正前のインピーダンスであり、Ｖ_ｉｎは、サイリスタの受電電圧であり、Ｖは、サイリスタの出力電圧である。

前記導体管に印加する交流電圧を生成する変圧器と、前記変圧器の一次側の交流電圧を検出する電圧検出部と、前記変圧器の一次側の電流を検出する電流検出部と、前記電圧検出部により得られる電圧値及び前記電流検出部から得られる電流値により得られるインピーダンスから前記変圧器のインピーダンスを除去する補正をして得られた補正インピーダンスと前記導体管の温度との関係から、前記導体管の温度を算出する温度検出機構とを備えることが望ましい。
導体管の抵抗値は、その形状によってさまざまな値となるため、所望の電気容量を得るためには、変圧器を用いて適正な電圧を印加することが多い。変圧器には、通電する巻き線があり、この巻き線は温度に関係する電気抵抗値とリアクタンスからなるインピーダンスと鉄心による励磁インピーダンスとを有している。
導体管の抵抗値が低く大電流となる場合は変圧器の一次側で電圧及び電流を計測する方が容易である。この変圧器の一次側からインピーダンスを検出する場合、導体管と変圧器の巻き線との合成インピーダンスを検出することになるので、変圧器の巻き線のインピーダンスを除外する補正を行わなければならない。
巻き線抵抗値は、巻き線に温度センサを埋設して、当該温度センサから得られた温度から抵抗値を算出することができる。変圧器の巻き線は、導体管のように高温になることは無いので、温度センサを埋設することはさほど困難ではない。また、巻き線に周期的に短時間の直流を通電して抵抗値を直接計測することもできる。リアクタンス及び励磁インピーダンスは予め計測しておけば良い。

このように構成した本発明によれば、内部に流体が流れる導体管を通電加熱する流体加熱装置において、回路力率を改善して設備効率を向上させることができる。

第１実施形態の流体加熱装置の構成を模式的に示す平面図、Ａ−Ａ’線断面図及び回路構成図。第２実施形態の流体加熱装置の構成を模式的に示す平面図、Ａ−Ａ’線断面図及び回路構成図。第２実施形態の変形例を示す平面図、Ａ−Ａ’線断面図及び回路構成図。第３実施形態の流体加熱装置の構成を模式的に示す平面図及び回路構成図。第４実施形態の流体加熱装置の構成を模式的に示す平面図及び回路構成図。第４実施形態の変形例を示す平面図及び回路構成図。変形実施形態の流体加熱装置の構成を模式的に示す平面図及び回路構成図。変形実施形態の流体加熱装置の構成を模式的に示す平面図及び回路構成図。収容容器を有する流体加熱装置の構成を模式的に示す正面図。収容容器を有する流体加熱装置の構成を模式的に示すＡ−Ａ’線断面図。変形実施形態の流体加熱装置の構成を模式的に示す平面図。変形実施形態の流体加熱装置の構成を模式的に示す平面図。変形実施形態の流体加熱装置の構成を模式的に示す平面図、Ａ−Ａ’線断面図及び回路構成図。流体噴出ノズルを有する２本の導体管を備えた流体加熱装置の設計例を示す六面図。流体噴出ノズルを有する３本の導体管を備えた流体加熱装置の設計例を示す六面図。

以下に本発明に係る流体加熱装置の各実施形態について図面を参照して説明する。

１．第１実施形態
第１実施形態に係る流体加熱装置１００は、内部に流体が流れる流路Ｒが形成された導電性材料からなる導体管２に交流電圧を印加して直接通電し、導体管２の内部抵抗により発生するジュール熱によって導体管２を加熱することにより、前記流路Ｒを流れる流体を加熱するものである。

具体的に流体加熱装置１００は、図１に示すように、２本の導体管２が互いに平行となるように配置されており、当該２本の導体管２の流体導入側である一端部２ａが互いに電気的に接続されている。各導体管２は、直管状をなす円筒管であり、同一形状をなすものである。

具体的に２本の導体管２の一端部２ａは、導電性を有する分流管３により電気的に接続されている。この分流管３は、２本の導体管２の一端部２ａに接続されるとともに、当該２本の導体管２に流体を分流させるものである。また、本実施形態では、導体管２及び分流管３が一体構成されたものである。つまり、本実施形態の流体加熱装置１００の配管構成は、上流側に１つの流体導入口Ｐ１を有し、その下流側で２本の流路Ｒに分岐して２つの流体導出口Ｐ２を有する。なお、分流管３の上流側開口により構成される流体導入口Ｐ１には、フランジ部が形成されており、外部配管との接続が可能となるように構成されている。また、導体管２の他端部２ｂにより構成される流体導出口Ｐ２には、フランジ部が形成されており、外部配管との接続が可能となるように構成されている。

そして、２本の導体管２の流体導出側である他端部２ｂに単相交流電源４が接続されている。具体的には、２本の導体管２の他端部２ｂの一方に単相交流電源４のＵ相が接続されており、２本の導体管２の他端部２ｂの他方に単相交流電源４のＶ相が接続されている。各導体管２の他端部２ｂに接続される電極５は、図１に示すように、他端部２ｂの外側周面の一部に巻き回されて溶接等により接続されている。これらの電極５は、２本の導体管２の配列方向に直交する方向に延出するように設けられている。

このように構成した流体加熱装置１００において、単相交流電源４から単相交流電圧を電極５を介して導体管２に印加すると、一方の導体管２に流れる電流の向きと、他方の導体管２に流れる電流の向きとが逆向きとなる。そうすると、それぞれの電流により発生する磁束が打ち消し合い、導体管２に発生するインピーダンスが低減されて回路力率を改善することができる。したがって、流体加熱装置１００の設備効率を向上させることができる。

２．第２実施形態
次の第２実施形態の流体加熱装置１００について説明する。
第２実施形態の流体加熱装置１００は、図２に示すように、３本の導体管２が互いに平行となるように配置されており、当該３本の導体管２の流体導入側である一端部２ａが互いに電気的に接続されている。各導体管２は、直管状をなす円筒管であり、同一形状をなすものである。また、３本の導体管２は、同一平面上に等間隔に配列されている。

具体的に３本の導体管２の一端部２ａは、導電性を有する分流管３により電気的に接続されている。この分流管３は、３本の導体管２の一端部２ａに接続されるとともに、当該３本の導体管２に流体を分流させるものである。また、本実施形態では、導体管２及び分流管３が一体構成されたものである。つまり、本実施形態の流体加熱装置１００の配管構成は、上流側に１つの流体導入口Ｐ１を有し、その下流側で３本の流路に分岐して３つの流体導出口Ｐ２を有する。なお、流体導入口Ｐ１及び流体導出口Ｐ２には、前記第１実施形態と同様にフランジ部が形成されている。

そして、３本の導体管２の流体導出側である他端部２ｂに三相交流電源６が接続されている。具体的には、３本の導体管２の他端部２ｂにおいて１つ目の他端部２ｂに三相交流電源６のＵ相が接続されており、２つ目の他端部２ｂに三相交流電源６のＶ相が接続されており、３つ目の他端部２ｂに三相交流電源６のＷ相が接続されている。各導体管２の他端部２ｂに接続される電極７は、図２に示すように、他端部２ｂの外側周面の一部に巻き回されて溶接等により接続されている。これらの電極７は、３本の導体管２の配列方向に直交する方向に延出するように設けられている。

このように構成した流体加熱装置１００において、三相交流電源６から三相交流電圧を電極７を介して導体管２に印加すると、３本の導体管２に流れる電流により発生する磁束が打ち消し合い、導体管２に発生するインピーダンスが低減されて回路力率を改善することができる。したがって、流体加熱装置１００の設備効率を向上することができる。

３．第２実施形態の変形例
前記第２実施形態の３本の導体管２は、同一平面上に等間隔に配列されたものであったが、図３に示すように、３本の導体管２を三角形の３つの頂点に位置するように配置したものであっても良い。また、この場合、各導体管２の他端部２ｂに設けられる電極７は、例えば三角形の外側に放射状に延びるように設けられる。このように電極７を放射状に設けることによって、配線を容易にすることができるとともに、短絡を防止している。

４．第３実施形態
次に本発明の第３実施形態について図面を参照して説明する。
第３実施形態に係る流体加熱装置１００は、図４に示すように、２本の導体管２が互いに平行となるように配置されており、当該２本の導体管２の流体導入側である一端部２ａが互いに電気的に接続されている。各導体管２は、直管状をなす円筒管であり、同一形状をなすものである。

具体的に２本の導体管２の一端部２ａは、導電性を有する分流管３により電気的に接続されている。この分流管３は、２本の導体管２の一端部２ａに接続されるとともに、当該２本の導体管２に流体を分流させるものである。また、本実施形態では、導体管２及び分流管３が一体構成されたものである。

また、２本の導体管２の他端部２ｂは閉塞されており、導体管２の途中（一端部２ａ及び他端部２ｂの間）の側壁に複数の流体噴出口２ｘが形成されている。この複数の流体噴出口２ｘは、導体管２の側壁において周方向全体に形成されるものであっても良いし、導体管２の側壁において配列方向に直交する一方向側に形成されるものであっても良い。また、図４では、複数の流体噴出口２ｘは、側壁において一端部２ａから他端部２ｂに亘って長手方向の略全体に形成されているが、長手方向の一部、例えば導体管２の長手方向中央部から他端部２ｂに形成しても良い。

以上により、本実施形態の流体加熱装置１００の配管構成は、上流側に１つの流体導入口Ｐ１を有し、その下流側で２本の流路Ｒに分岐して、各流路Ｒから複数の流体噴出口２ｘを介して加熱された流体を噴出するように構成されている。

そして、２本の導体管２の閉塞された他端部２ｂに単相交流電源４が接続されている。具体的には、２本の導体管２の他端部２ｂの一方に単相交流電源４のＵ相が接続されており、２本の導体管２の他端部２ｂの他方に単相交流電源４のＶ相が接続されている。各導体管２の他端部２ｂに接続される電極５は、図４に示すように、導体管２の外側周面に沿った形状であり、当該導体管２の他端部２ｂよりも長手方向外側に延出して設けられている。具体的には導体管２が円管状をなすものであり、電極５は部分円筒形状の所謂半円樋形状をなすものである。この電極５は、導体管２の他端部２ｂに溶接等により接続されている。このように電極５が半円樋形状をなし、導体管２の長手方向に沿って延びているので、導体管２を加熱された流体を収容する収容容器内に挿入して用いる場合に、導体管２を収容容器に取り付ける際又は取り外す際に電極５が邪魔にならない。

このように構成した流体加熱装置１００において、単相交流電源４から単相交流電圧を電極５を介して導体管２に印加すると、一方の導体管２に流れる電流の向きと、他方の導体管２に流れる電流の向きとが逆向きとなる。そうすると、それぞれの電流により発生する磁束が打ち消し合い、導体管２に発生するインピーダンスが低減されて回路力率を改善することができる。したがって、流体加熱装置１００の設備効率を向上させることができる。また、導体管２の一端部２ａ及び閉塞された他端部２ｂの間に複数の流体噴出口２ｘを形成しているので、加熱された流体を分散させて利用する場合に使い勝手を良くすることができる。

５．第４実施形態
次に、第４実施形態の流体加熱装置について説明する。
第４実施形態の流体加熱装置１００は、図５に示すように、３本の導体管２が互いに平行となるように配置されており、当該３本の導体管２の流体導入側である一端部２ａが互いに電気的に接続されている。各導体管２は、直管状をなす円筒管であり、同一形状をなすものである。また、３本の導体管２は、同一平面上に等間隔に配列されている。

具体的に３本の導体管２の一端部２ａは、導電性を有する分流管３により電気的に接続されている。この分流管３は、３本の導体管２の一端部２ａに接続されるとともに、当該３本の導体管２に流体を分流させるものである。また、本実施形態では、導体管２及び分流管３が一体構成されたものである。

また、３本の導体管２の他端部２ｂは閉塞されており、導体管２の途中（一端部２ａ及び他端部２ｂの間）の側壁に複数の流体噴出口２ｘが形成されている。この複数の流体噴出口２ｘは、導体管２の側壁において周方向全体に形成されるものであっても良いし、導体管２の側壁において配列方向に直交する一方向側に形成されるものであっても良い。また、図５では、複数の流体噴出口２ｘは、側壁において一端部２ａから他端部２ｂに亘って長手方向の略全体に形成されているが、長手方向の一部、例えば導体管２の長手方向中央部から他端部２ｂに形成しても良い。

以上により、本実施形態の流体加熱装置１００の配管構成は、上流側に１つの流体導入口Ｐ１を有し、その下流側で３本の流路Ｒに分岐して、各流路Ｒから複数の流体噴出口２ｘを介して加熱された流体を噴出するように構成されている。

６．第４実施形態の変形例
前記第４実施形態の３本の導体管２は、同一平面上に等間隔に配列されたものであったが、前記第２実施形態の変形例と同様に、図６に示すように、３本の導体管２を三角形の３つの頂点に位置するように配置したものであっても良い。

７．その他の変形実施形態
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、前記実施形態では、導体管２及び分流管３を一体構成したものであったが、導体管２及び分流管３を別部材として、それらをフランジを介して接続して構成しても良い。

また、前記第１実施形態及び第３実施形態では、２本の導体管２を有する流体加熱装置１００について説明したが、図７に示すように、２Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の導体管２を有するものであっても良い。なお、図７では、４本の導体管２を有する流体加熱装置１００について例示している。そして、２Ｎ本の導体管２の一端部２ａに、２Ｎの流路に分岐した単一の分流管３を接続することで電気的に接続する。また、２Ｎ本の導体管２の他端部２ｂにおいて、互いに隣接する他端部２ｂに接続される単相交流電源４の極性が異なるように、単相交流電源４のＵ相及びＶ相が交互に接続されている。図７においては、４本の導体管２の他端部２ｂに、上から順にＵ相、Ｖ相、Ｕ相、Ｖ相となるように接続されている。

このようなものであっても、互いに隣接する導体管２に流れる電流が互いに逆向きとなるので、それぞれの電流により発生する磁束が打ち消し合い、導体管２に発生するインピーダンスが低減されて回路力率を改善することができる。したがって、流体加熱装置１００の設備効率を向上させることができる。また、導体管２の本数を増やすことによって、加熱された流体を大容量化することができる。さらに、２Ｎ本の導体管２に複数の流体噴出口２ｘを形成することで、加熱された流体の噴出面積を大きくすることができ、これにより、流体を広い範囲に拡散させることができる。

なお、図７では、導体管２の他端部２ｂが閉塞されており、導体管２の途中に複数の流体噴出口２ｘが形成されたものを示しているが、前記第１実施形態と同様に、複数の流体噴出口２ｘを有さずに、導体管２の他端部２ｂが開口されて流体導出口を形成するものであっても良い。

さらに、前記第２実施形態及び第４実施形態では、３本の導体管２を有する流体加熱装置１００について説明したが、図８に示すように、３Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の導体管２を有するものであっても良い。なお、図８では、６本の導体管２を有する流体加熱装置１００について例示している。そして、３Ｎ本の導体管２の一端部２ａに３Ｎの流路に分岐した単一の分流管３を接続することで電気的に接続する。また、３Ｎ本の導体管２の他端部２ｂにおいて、連続して並ぶ３つの他端部２ｂに接続される三相交流電源６の極性がそれぞれ異なるように、三相交流電源６のＵ相、Ｖ相及びＷ相が交互に接続されている。図８においては、６本の導体管２の他端部２ｂに、上からＷ相、Ｖ相、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相となるように接続されている。

このようなものであっても、連続して並ぶ３つの他端部２ｂに接続される三相交流電源６の極性がそれぞれ異なるように三相交流電源６のＵ相、Ｖ相及びＷ相が接続されているので、連続して並ぶ３つの導体管２に流れる電流により発生する磁束が打ち消し合い導体管２に発生するインピーダンスが低減されて回路力率を改善することができる。したがって、流体加熱装置１００の設備効率を向上させることができる。また、導体管２の本数を増やすことによって、加熱された流体を大容量化することができる。さらに、３Ｎ本の導体管２に複数の流体噴出口２ｘを形成することで、加熱された流体の噴出面積を大きくすることができ、これにより、流体を広い範囲に拡散させることができる。

なお、図８では、導体管２の他端部２ｂが閉塞されており、導体管２の途中に複数の流体噴出口２ｘが形成されたものを示しているが、前記第２実施形態と同様に、複数の流体噴出口２ｘを有さずに、導体管２の他端部２ｂが開口されて流体導出口を形成するものであっても良い。

その上、前記第３実施形態及び第４実施形態の流体加熱装置１００のように、導体管２に複数の流体噴出口２ｘが形成されたものの場合には、図９及び図１０に示すように、流体加熱装置１００が、導体管２の流体噴出口２ｘから噴出された加熱された流体を収容して保温するための収容室を形成する保温容器８を有するものであっても良い。具体的には、保温容器８の左右側壁８１、８２を貫通するように導体管２を挿入して設ける。このとき、導体管２には、保温容器８の左右側壁８１、８２に挿入された状態で、当該左右側壁８１、８２の間、つまり、保温容器８の密閉された内部空間に位置する部分に複数の流体噴出口２ｘを形成している。また、導体管２が保温容器８に挿入された状態で、当該導体管２に接続される電極５は、保温容器８の外側に位置している。さらに、この電極５は、前記第３実施形態のように、半円樋形状をなすものとしている。これにより、保温容器８の左右側壁８１、８２に導体管２を通るための孔を形成するだけで、電極５が設けられた導体管２を簡単に着脱することができる。つまり、導体管２を保温容器８に挿入して取り付ける際、又、導体管２を保温容器８から抜き出して取り外す際に、電極５が左右側壁８１、８２に干渉して邪魔になることを防止できる。また、導体管２に接続される単相交流電源４は、前記保温容器８の外部に設けられた電源室ＰＲ内に設けられている。このように保温容器８とは異なる空間に設置された単相交流電源４は、電気配線によって導電管２の電極５に電気的に接続される。

この保温容器８に収容された加熱された流体は、保温容器８に設けられた流体導出ポート（不図示）から外部に導出されて利用される。なお、上記では、収容室が保温容器により形成される場合を説明したが、その他、収容室としては、導体管２で加熱された流体をさらに加熱するための加熱機構を有する加熱容器により形成されるものであっても良いし、加熱された流体の温度調節をするための温度調節機能を有する温度調節容器により形成されるものであっても良い。また、導体管２は、収容室の他に、加熱された流体により被処理物を処理するための処理室に挿入して設けられたものであっても良い。ここで、被処理物は、前記処理室に搬送ベルト等の搬送機構により連続的に搬送される構成とすることが考えられる。

さらに、前記各実施形態では複数の導体管２の一端部２ａに単一の分流管３が接続されて流体導入口Ｐ１が１つとされていたが、図１１に示すように、複数の導体管２の一端部２ａそれぞれが開口して複数の流体導入口Ｐ１を有するものであっても良い。この場合、複数の導体管２の一端部２ａは、導電性部材９により電気的に接続されている。

加えて、図１２に示すように、複数の要素配管２ｍを直列に接続することによって導体管２を構成するものであっても良い。この場合、各要素配管２ｍには、別の要素配管２ｍに接続するためのフランジ部等の接続部が設けられている。これならば、複数の要素配管２ｍを接続することによって、所望の長さの流路を有する流体加熱装置を構成することができる。

さらに加えて、図１３に示すように、導体管２の途中（一端部２ａ及び他端部２ｂの間）の側壁に複数の流体噴出ノズル２１を設けたものであっても良い。この複数の流体噴出ノズル２１は、導体管２の側壁において周方向全体に形成されるものであっても良いし、導体管２の側壁において配列方向に直交する一方向側に形成されるものであっても良い。また、図１３では、複数の流体噴出ノズル２１は、側壁において一端部２ａから他端部２ｂに亘って等間隔に設けられているが、これに限られない。なお、図１３には、前記第１実施形態のような２本の導体管２を有する流体加熱装置１００に適用した場合を示しているが、その他、前記第２実施形態のような３本の導体管２を有する流体加熱装置１００に適用しても良いし、前記第３、第４実施形態のような他端部２ｂが閉塞された導体管２を有する流体加熱装置１００に適用しても良い。さらに、２Ｎ本又は３Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の導体管２を有する流体加熱装置１００に適用しても良い。このように流体噴出ノズル２１を有するものであれば、流体噴出ノズル２１を用途に合わせて選択することにより、加熱された流体を当該流体噴出ノズルにより定められる所定の噴射範囲に噴出することができる。なお、図１４に、複数の流体噴出ノズル２１を有する２本の導体管２を備えた流体加熱装置１００の設計例について示し、図１５に、複数の流体噴出ノズル２１を３本の導体管２を備えた流体加熱装置１００の設計例について示している。図１４及び図１５に示す導体管２は、円管状をなすものである。また、導体管２の他端部２ｂに接続される電極５は、導体管２と同材質（例えばステンレス）かつ中実材料であって、電極幅寸法が導体管２の直径以下であり、導体管２の延長線上に配置された直線状をなすものである。なお、電極幅寸法とは、導体管２の管軸方向に直交する方向の寸法である。また、電極５における導体管２との接続部の外面は、導体管２の外側周面と面一又は径方向内側に位置するように構成されている。これにより、収容室又は処理室への挿入を簡単に行うことができるようにしている。さらに、電極５には、外部配線をボルト等により接続するための接続孔５ｈが形成されている。図１４及び図１５において、接続孔５ｈは、導体管２の配列方向に沿って形成されているが、接続孔５ｈの形成位置及び向きは、これに限られず、例えば配列方向とは異なる向きに沿って形成されていても良い。

また、導体管の温度を計測する温度センサが不要となるように構成しても良い。具体的には、流体加熱装置が、導体管に印加される交流電圧を検出する電圧検出部と、導体管に流れる電流を検出する電流検出部と、電圧検出部により得られる電圧値及び電流検出部から得られる電流値からインピーダンスを算出するインピーダンス算出部と、インピーダンスと導体管の温度との関係を示す関係データを格納する関係データ格納部と、インピーダンス算出部により得られたインピーダンスと関係データ格納部に格納された関係データとから導体管の温度を算出する温度算出部とを備えている。ここで、インピーダンス算出部、関係データ格納部及び温度算出部は、コンピュータから構成されており、これらにより、温度検出機構が構成される。また、前記関係データは、例えば基準となる導体管を用いて得られものであり、関係データ格納部は、コンピュータの内部メモリの所定領域に設定されたものであっても良いし、コンピュータに外付けされる外部メモリの所定領域に設定されたものであっても良い。

さらに、流体加熱装置が、導体管に印加する交流電圧を生成する変圧器と、変圧器の一次側の交流電圧を検出する電圧検出部と、変圧器の一次側の電流を検出する電流検出部と、電圧検出部により得られる電圧値及び前記電流検出部から得られる電流値からインピーダンスを算出するインピーダンス算出部と、当該インピーダンス算出部により得られたインピーダンスから変圧器のインピーダンスを除去する補正をするインピーダンス補正部と、インピーダンスと導体管の温度との関係を示す関係データを格納する関係データ格納部と、インピーダンス補正部により得られた補正インピーダンスと関係データ格納部に格納された関係データとから導体管の温度を算出する温度算出部とを備えている。ここで、インピーダンス算出部、インピーダンス補正部、関係データ格納部及び温度算出部は、コンピュータから構成されており、これらにより、温度検出機構が構成される。また、前記関係データは、例えば基準となる導体管を用いて得られものであり、関係データ格納部は、コンピュータの内部メモリの所定領域に設定されたものであっても良いし、コンピュータに外付けされる外部メモリの所定領域に設定されたものであっても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・流体加熱装置
２・・・導体管
２ａ・・・導体管の一端部
２ｂ・・・導体管の他端部
２ｘ・・・流体噴出口
２１・・・流体噴出ノズル
３・・・分流管
４・・・単相交流電源
５・・・電極
６・・・三相交流電源
７・・・電極
８・・・保温容器（収容容器）

Claims

内部に流体が流れる導体管に交流電圧を印加して通電加熱し、前記導体管内を流れる流体を加熱する流体加熱装置であって、
２Ｎ本（Ｎは１以上の整数である。）の前記導体管が互いに平行となるように配置されており、
前記２Ｎ本の導体管の一端部が互いに電気的に接続され、前記２Ｎ本の導体管の他端部において、互いに隣接する他端部に接続される単相交流電源の極性が異なるように、単相交流電源のＵ相及びＶ相が交互に接続されており、
前記導体管の他端部に接続される電極が、前記導体管と同材質かつ中実材料であって、電極幅寸法が前記導体管の直径以下であり、前記導体管の延長線上に配置された直線状をなすものである流体加熱装置。
内部に流体が流れる導体管に交流電圧を印加して通電加熱し、前記導体管内を流れる流体を加熱する流体加熱装置であって、
２Ｎ本（Ｎは１以上の整数である。）の前記導体管が互いに平行となるように配置されており、
前記２Ｎ本の導体管の一端部が互いに電気的に接続され、前記２Ｎ本の導体管の他端部において、互いに隣接する他端部に接続される単相交流電源の極性が異なるように、単相交流電源のＵ相及びＶ相が交互に接続されており、
前記導体管の他端部が閉塞されるとともに、前記導体管の途中に前記流体が噴出される流体噴出口又は流体噴出ノズルが形成され、
前記導体管の閉塞された他端部に接続される電極が、前記導体管の延長線上に配置された直線状をなすものである流体加熱装置。
前記２Ｎ本の導体管の一端部に接続されるとともに、前記２Ｎ本の導体管に前記流体を分流させる導電性を有する分流管を有しており、当該分流管により前記２Ｎ本の導体管が電気的に接続されている請求項１又は２記載の流体加熱装置。
内部に流体が流れる導体管に交流電圧を印加して通電加熱し、前記導体管内を流れる流体を加熱する流体加熱装置であって、
３Ｎ本（Ｎは１以上の整数である。）の前記導体管が互いに平行となるように配置されており、
前記３Ｎ本の導体管の一端部が互いに電気的に接続され、前記３Ｎ本の導体管の他端部において、連続して並ぶ３つの他端部に接続される三相交流電源の極性がそれぞれ異なるように、三相交流電源のＵ相、Ｖ相及びＷ相が交互に接続されており、
前記導体管の他端部に接続される電極が、前記導体管と同材質かつ中実材料であって、電極幅寸法が前記導体管の直径以下であり、前記導体管の延長線上に配置された直線状をなすものである流体加熱装置。
内部に流体が流れる導体管に交流電圧を印加して通電加熱し、前記導体管内を流れる流体を加熱する流体加熱装置であって、
３Ｎ本（Ｎは１以上の整数である。）の前記導体管が互いに平行となるように配置されており、
前記３Ｎ本の導体管の一端部が互いに電気的に接続され、前記３Ｎ本の導体管の他端部において、連続して並ぶ３つの他端部に接続される三相交流電源の極性がそれぞれ異なるように、三相交流電源のＵ相、Ｖ相及びＷ相が交互に接続されており、
前記導体管の他端部が閉塞されるとともに、前記導体管の途中に前記流体が噴出される流体噴出口又は流体噴出ノズルが形成され、
前記導体管の閉塞された他端部に接続される電極が、前記導体管の延長線上に配置された直線状をなすものである流体加熱装置。
前記３Ｎ本の導体管の一端部に接続されるとともに、前記３Ｎ本の導体管に前記流体を分流させる導電性を有する分流管を有しており、当該分流管により前記３Ｎ本の導体管が電気的に接続されている請求項４又は５記載の流体加熱装置。
前記導体管が、加熱された流体を収容するための収容室、又は加熱された流体により被処理物を処理するための処理室内に設けられている請求項１乃至６の何れかに記載の流体加熱装置。
前記導体管に接続される単相交流電源又は三相交流電源が、前記収容室又は前記処理室とは別の空間に設けられている請求項７記載の流体加熱装置。
前記導体管の他端部に接続される電極が、前記導体管の外側周面に沿った形状である請求項１乃至８の何れかに記載の流体加熱装置。
前記導体管が円管状をなすものであり、
前記電極が部分円筒形状をなすものである請求項９記載の流体加熱装置。
前記導体管に印加される交流電圧を検出する電圧検出部と、
前記導体管に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電圧検出部により得られる電圧値及び前記電流検出部から得られる電流値により得られるインピーダンスと前記導体管の温度との関係から、前記導体管の温度を算出する温度検出機構とを備える請求項１乃至１０の何れかに記載の流体加熱装置。
前記導体管に印加する交流電圧を生成する変圧器と、
前記変圧器の一次側の交流電圧を検出する電圧検出部と、
前記変圧器の一次側の電流を検出する電流検出部と、
前記電圧検出部により得られる電圧値及び前記電流検出部から得られる電流値により得られるインピーダンスから前記変圧器のインピーダンスを除去する補正をして得られた補正インピーダンスと前記導体管の温度との関係から、前記導体管の温度を算出する温度検出機構とを備える請求項１乃至１０の何れかに記載の流体加熱装置。